(57)【要約】      （修正有）【課題】  積層したステータコアをボルトで締結する際に、ステータコアの位置決めとボルトの締結力による損傷の防止とを簡単かつ確実に行う。【解決手段】  ステータコア３１，３２，３３に埋設したインサート部材３９により、それらのステータコア３１，３２，３３を軸線方向に積層して一体化するボルト２０の軸力を支持するとともに、隣接するステータコア３１，３２，３３どうしを位置決めするので、ボルト２０の軸力がステータコア３１，３２，３３の一部に集中するのを緩和する座板を廃止しながら、少ない本数のボルト２０で複数のステータコア３１，３２，３３を強く締結することができ、しかもインサート部材３９の位置決め機能でノックピンを廃止することができる。またインサート部材３９は圧入により相互に嵌合するので、それらのインサート部材３９間のガタを無くしてステータコア３１，３２，３３どうしの位置決め精度を高めることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状をなす複数のステータコアを軸線方向に積層してボルトで一体に締結したモータのステータにおいて、
各々のステータコアに、それを貫通するボルトの軸力を支持するとともに隣接するステータとの間で相互に位置決めするインサート部材を埋設したことを特徴とするモータのステータ。
【請求項２】
隣接するステータコアのインサート部材は圧入により相互に嵌合することを特徴とする、請求項１に記載のモータのステータ。
【請求項３】
インサート部材はステータコアからの脱落を防止する脱落防止部を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモータのステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状をなす複数のステータコアを軸線方向に積層してボルトで一体に締結したモータのステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、特願２００３−３０２０１７号で新規なクローポール型モータのステータを提案している。このステータは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコアを軸線方向に積層し、それらの間に形成された２個の環状スロットの一方にＵ相コイルおよび第１Ｖ相コイルを配置するとともに、他方に第２Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを配置している。このとき、軸線方向に積層されたＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコアは、ノックピンで所定の位相に位置決めされた状態で複数本のボルトで一体に締結される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコアを軸線方向に積層してボルトで一体化すると、ボルトが貫通するステータコアに局部的な荷重が作用するため、特にステータコアが比較的に脆い圧粉材で構成されている場合には、ボルトの貫通孔の周囲が破損する可能性があった。
【０００４】
これを防止するにために、従来はＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア０１，０２，０３をノックピン０４で所定の位相に位置決めした状態で、Ｕ相ステータコア０１に重ね合わせた環状の座板０５を貫通して挿入した複数本のボルト０６でＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア０１，０２，０３を一体に締結することで、ボルト０６の軸力を座板０５で分散させてステータコア０１，０２，０３の損傷を防止していた（図１３参照）。
【０００５】
しかしながら、このようにすると材板０５の分だけステータが厚くなってモータが大型化するだけでなく、位置決めのためのノックピン０４が必要になるために部品点数および組付工数が増加する問題があった。
【０００６】
また従来は、ノックピン０４で位置決めしたＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア０１，０２，０３を金型に挿入して外周面および一端面を覆うように合成樹脂のカバー０７を一体成形し、カバー０７を貫通して挿入した複数本のボルト０６でＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア０１，０２，０３を一体に締結することで、ボルト０６の軸力をカバー０７で分散させてステータコア０１，０２，０３の損傷を防止していた（図１４参照）。
【０００７】
しかしながら、このようにするとＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア０１，０２，０３を分離できないためにメンテナンスが困難になるだけでなく、やはりノックピン０４が必要になるために部品点数および組付工数が増加する問題があった。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、積層したステータコアをボルトで締結する際に、ステータコアの位置決めとボルトの締結力による損傷防止とを簡単かつ確実に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、環状をなす複数のステータコアを軸線方向に積層してボルトで一体に締結したモータのステータにおいて、各々のステータコアに、それを貫通するボルトの軸力を支持するとともに隣接するステータとの間で相互に位置決めするインサート部材を埋設したことを特徴とするモータのステータが提案される。
【００１０】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、隣接するステータコアのインサート部材は圧入により相互に嵌合することを特徴とするモータのステータが提案される。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、インサート部材はステータコアからの脱落を防止する脱落防止部を有することを特徴とするモータのステータが提案される。
【００１２】
尚、実施例のＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３は本発明のステータコアに対応し、実施例の大径部３９ｂ、テーパー部３９ｄ，３９ｆは本発明の脱落防止部に対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の構成によれば、複数のステータコアに埋設したインサート部材により、それらのステータコアを軸線方向に積層して一体化するボルトの軸力を支持するとともに、隣接するステータコアどうしを位置決めするので、ボルトの軸力がステータコアの一部に集中するのを緩和する座板を廃止しながら、少ない本数のボルトで複数のステータコアを強く締結することができ、しかもインサート部材が位置決め機能を持つのでノックピンを廃止することができる。
【００１４】
請求項２の構成によれば、隣接するステータコアのインサート部材は圧入により相互に嵌合するので、相互に嵌合するインサート部材間のガタを無くしてステータコアどうしの位置決め精度を高めることができる。
【００１５】
請求項３の構成によれば、インサート部材にステータコアからの脱落を防止する脱落防止部を設けたので、インサート部材をボルトで締結した後に、そのインサート部材からステータコアが脱落するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１〜図１１は本発明の第１実施例を示すもので、図１はクローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６は図２の６−６線断面図、図７はステータの一部破断斜視図、図８はステータの分解斜視図、図９はステータコアの成形工程を示す第１分図、図１０はステータコアの成形工程を示す第２分図、図１１はステータコアの成形工程を示す第３分図である。
【００１８】
図１に示すように、ハイブリッド車両のパワーユニットは、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間に配置されたクローポール型のモータＭを備える。エンジンＥのシリンダブロック１１およびクランクケース１２の右側面にモータケース１３、トルクコンバータケース１４およびミッションケース１５が結合されており、シリンダブロック１１およびクランクケース１２間に支持されたクランクシャフト１６の軸端にモータＭのロータ１７が固定される。ロータ１７の外周に固定した複数の永久磁石１８…に環状のステータ１９が所定のエアギャップを介して対向しており、ステータ１９は位相が１８０°ずれた位置に配置された２本のボルト２０，２０でシリンダブロック１１およびクランクケース１２の壁面に固定される。
【００１９】
トルクコンバータケース１４に収納されたトルクコンバータ２１は、タービンランナー２２とポンプインペラ２３とを備えており、タービンランナー２２に結合されてポンプインペラ２３を覆うサイドカバー２４がドライブプレート２５を介してモータＭのロータ１７に接続される。トルクコンバータ１４のポンプインペラ２３は、ミッションケース１５に支持されたメインシャフト２６の左端に結合される。
【００２０】
次に、図２〜図８を参照して三相交流で作動するモータＭのステータ１９の構造を説明する。
【００２１】
図８から明らかなように、ステータ１９は無垢の磁性体で一体成形されたＵ相ステータコア３１、Ｖ相ステータコア３２およびＷ相ステータコア３３と、１個のＵ相コイル３４と、２個のＶ相コイル３５Ａ，３５Ｂと、１個のＷ相コイル３６とを備える。Ｕ相ステータコア３１、Ｖ相ステータコア３２およびＷ相ステータコア３３は、軸線Ｌ方向に重ね合わされて前記ボルト２０，２０で一体に締結される。
【００２２】
図３、図７および図８から明らかなように、Ｕ相ステータコア３１は、環状に形成されたリターンパス３１ａと、このリターンパス３１ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる９個のティース３１ｂ…と、これらのティース３１ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる９個のポール３１ｃ…とを備える。そして各々のポール３１ｃの径方向内端は、Ｌ字状に屈曲してテーパーしながら軸線Ｌ方向片側に延びている。ティース３１ｂはコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分はポール３１ｃとなる。
【００２３】
図４、図７および図８から明らかなように、Ｖ相ステータコア３２は、環状に形成されたリターンパス３２ａと、このリターンパス３２ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる９個のティース３２ｂ…と、これらのティース３２ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる９個のポール３２ｃ…とを備える。そして各々のポール３２ｃの径方向内端は、Ｔ字状をなしてテーパーしながら軸線Ｌ方向両側に延びている。ティース３２ｂはコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分はポール３２ｃとなる。
【００２４】
図５、図７および図８から明らかなように、Ｗ相ステータコア３３はＶ相ステータコア３２に関してＵ相ステータコア３１と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでＵ相ステータコア３１と互換可能な同一形状を有している。Ｗ相ステータコア３３の各部の符号は、Ｕ相ステータコア３１の各部の符号の「３１」を「３３」に変更したものである。
【００２５】
本実施例のモータＭは三相交流で作動するものであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…は電気角で３６０°／３＝１２０°ずつ周方向にずれて配置される。それに対してロータ１７の各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相ポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相のポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…はロータ１７に均一なトルクを発生させることができる。
【００２６】
図７から明らかなように、Ｕ相の９個のポール３１ｃ…、Ｖ相の９個のポール３２ｃ…およびＷ相の９個のポール３３ｃ…は略長方形の同一形状をなし、ステータ１９の内周面に沿って順番に配置される。これらのポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…の軸線Ｌ方向の幅は、ロータ１７の永久磁石１８…の軸線Ｌ方向の幅に略等しくなっているため、ステータ１９およびロータ１７間の鎖交磁束を最大限に増加させてロータ１７の出力トルクを増加させることができる。しかも各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相ポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されるので、各相のポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対応して永久磁石１８…を軸線Ｌ方向に分割する必要をなくし、永久磁石１８…の個数を削減することができる。
【００２７】
図３および図７から明らかなように、Ｕ相ステータコア３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３７が形成されており、この環状スロット３７に予め巻回されたＵ相コイル３４と一方のＶ相コイル３５Ａとが配置される。またＷ相ステータコア３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３８が形成されており、この環状スロット３８に予め巻回されたＷ相コイル３６と他方のＶ相コイル３５Ｂとが配置される。
【００２８】
即ち、実施例の三相のモータＭでは、環状スロット３７，３８の数は相数の３から１を減算した２個であり、一方の環状スロット３７には１相目（Ｕ相）および２相目（Ｖ相）のコイル３４，３５Ａが収納され、他方の環状スロット３８には２相目（Ｖ相）および３相目（Ｗ相）のコイル３５Ｂ，３６が収納されることになる。
【００２９】
このように、Ｕ相ステータコア３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…とでＵ相コイル３４および一方のＶ相コイル３５Ａを挟んで固定し、かつＷ相ステータコア３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…とでＷ相コイル３６および他方のＶ相コイル３５Ｂを挟んで固定したので、各コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を固定するための特別の固定部材が不要になる。しかも各コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は環状スロット３７，３８の内部に収納されて外部部品と干渉する虞がないため、外部部品の寸法管理が容易になる。
【００３０】
各々のコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に９層に巻回され、軸線Ｌ方向に２層に巻回される。そして一方の環状スロット３７に収納されたＵ相コイル３４および一方のＶ相コイル３５Ａの起磁力の方向は逆になるように設定され、かつ他方の環状スロット３８に収納されたＷ相コイル３６および他方のＶ相コイル３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定され、更に、一方および他方の環状スロット３７，３８に収納された一方および他方のＶ相コイル３５Ａ，３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定される。つまり、軸線Ｌ方向に順次配列された４個のコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の起磁力の方向は交互に反転するように設定される。
【００３１】
そしてＵ相コイル３４、Ｖ相コイル３５Ａ，３５ＢおよびＷ相コイル３６をスター結線あるいはデルタ結線して三相交流電流を供給することで、ステータ１９の内周面に順番に配置されたＵ相のポール３１ｃ…、Ｖ相のポール３２ｃ…およびＷ相のポール３３ｃ…に回転磁界を形成し、永久磁石１８…との間に発生する電磁力でロータ１７を回転駆動することができる。
【００３２】
ところで、各相のコイルをそれぞれ独立した結線とすると、コイルを双方向に励磁するために４個のスイッチング素子を組み合わせたＨブリッジ回路が必要となり、Ｎ相のコイルに対して合計４Ｎ個のスイッチング素子が必要になる。しかしながら、スター結線あるいはデルタ結線を採用することにより、一部の回路を共用して半分の２Ｎ個のスイッチング素子だけで済ますことができ、回路の簡素化が可能になる。
【００３３】
以上のように、軸線Ｌ方向に並置したＵ相、Ｖ相およびＷ相ティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…間に形成された２個の環状スロット３７，３８にＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を収納したので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対して３個のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…と２個の環状スロット３７，３８とを設ければ良く、６個のティースと３個の環状スロットとを必要とするものに比べて、ステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さを薄くしてモータＭを薄型化し、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間の狭い空間にモータＭを容易に配置することができる。
【００３４】
次に、図６に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３をボルト２０，２０で固定する固定部の構造を説明する。
【００３５】
ステータコア３１，３２，３３は比較的に強度の低い圧粉材で構成されているため、ボルト２０，２０の締結力が局部的に集中するのを避ける必要がある。そこで本実施例では各々のステータコア３１，３２，３３に例えば強度の高い鉄製のインサート部材３９…を埋設し、これらのインサート部材３９…によってステータコア３１，３２，３３を相互に位置決めするとともに、ボルト２０，２０の締結力がステータコア３１，３２，３３に直接作用するのを防止している。
【００３６】
インサート部材３９は円筒状の小径部３９ａと、この小径部３９ａと同軸に連なる円筒状の大径部３９ｂとを備えており、小径部３９ａの内径はボルト２０の外径と略等しく設定され、かつ大径部３９ｂの内周に小径部３９ａの外径と略等しい内径を有する位置決め孔３９ｃが形成される。小径部３９ａの先端はステータコア３１，３２，３３の一側面から突出し、大径部３９ｂの先端はステータコア３１，３２，３３の他側面に対して面一とされる。
【００３７】
しかして、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３を積層する際に、Ｕ相ステータコア３１に埋設したインサート部材３９…の小径部３９ａ…の突出部を、それに積層されるＶ相ステータコア３２のインサート部材３９…の大径部３９ｂ…の位置決め孔３９ｃ…に圧入するとともに、Ｖ相ステータコア３２に埋設したインサート部材３９…の小径部３９ａ…の突出部を、それに積層されるＷ相ステータコア３３のインサート部材３９…の大径部３９ｂ…の位置決め孔３９ｃ…に圧入することで、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３を所定の位相を保持した状態で一体化する。
【００３８】
そしてＷ相ステータコア３３に埋設したインサート部材３９…の小径部３９ａ…の突出部をシリンダブロック１１（およびクランクケース１２）の壁面に形成した位置決め孔１１ａ…に圧入して位置決めした後、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３の３層に結合されたインサート部材３９…を貫通させたボルト２０，２０をシリンダブロック１１の雌ねじ１１ｂ…に螺合させることで、ステータコア１９をシリンダブロック１１（およびクランクケース１２）に固定する。
【００３９】
このとき、ボルト２０，２０の締結荷重はインサート部材３９…により支持されてＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３に直接作用しないため、ボルト２０，２０の本数を減らして１本１本のボルト２０，２０の締結力を増加させても、圧粉材製のステータコア３１，３２，３３が損傷するのを防止することができる。しかもインサート部材３９…がノックピンの機能を果たしてＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３を相互に位置決めするので、従来必要であったノックピンを廃止することができる。更に、インサート部材３９…の大径部３９ｂ…がストッパとして機能するため、ボルト２０，２０で固定されたインサート部材３９…からステータコア３１，３２，３３が分離して脱落するのを防止することができる。
【００４０】
次に、図９〜図１１の模式図に基づいてステータコア３１，３２，３３の製造工程を説明する。
【００４１】
図９（Ａ）に示すように、ステータコア３１，３２，３３の成形金型４１は固定型４２および可動型４３よりなり、固定型４２のキャビティ４２ａの底部にはインサート部材３９の位置決め孔３９ｃ…を支持するための支持ピン４４…が装着される。一方、可動型４３は円柱状のスライドピン４５…を備えており、その下端に円形の凹部４５ａ…が形成される。
【００４２】
図９（Ｂ）に示すように、固定型４２の支持ピン４４…にインサート部材３９…の位置決め孔３９ｃ…を嵌合させ、次に図１０（Ｃ）に示すように、可動型４３のスライドピン４５…を下降させ、下端の凹部４５ａ…をインサート部材３９…の小径部３９ａ…の上端に嵌合させる。続いて、図１０（Ｄ）に示すように、固定型４２のキャビティ４２ａに圧粉材４６を充填し、図１１（Ｅ）に示すように、可動型４３を下降させてキャビティ４２ａ内の圧粉材４６を圧縮して所定形状に成形する。そして圧粉材４６を焼成することで、図１１（Ｆ）に示すように、インサート部材３９…を一体に埋設したステータコア３１，３２，３３が完成する。
【００４３】
次に、図１２に基づいてインサート部材３９…の他の実施例を説明する。
【００４４】
図１２（Ａ）のインサート部材３９は、円筒状の大径部３９ｂの代わりに円錐状のテーパー部３９ｄを備えている。このテーパー部３９ｄによっても矢印Ａ方向へのインサート部材３９の脱落を防止することができる。
【００４５】
図１２（Ｂ）のインサート部材３９は、ステータコア３１，３２，３３から突出する小径部３９ａに段部３９ｅを形成し、ステータコア３１，３２，３３に埋設された部分の外径を増加させたものである。
【００４６】
図１２（Ｃ）のインサート部材３９は、ステータコア３１，３２，３３から突出する小径部３９ａの端部がステータコア３１，３２，３３と面一になっており、位置決め孔３９ｃに圧入により嵌合する突出部４７を別部材で構成して圧入したものである。
【００４７】
図１２（Ｄ）のインサート部材３９は、前記小径部３９ａをテーパー部３９ｆとしたもので、二つのテーパー部３９ｄ，３９ｆは相互に逆方向にテーパーしており、矢印Ａ，Ｂの両方向へのインサート部材３９の脱落を防止することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４９】
例えば、実施例ではクローポール型モータＭを例示したが、本発明は他の任意の形式のモータに適用することができる。
【００５０】
また実施例ではステータコア３１，３２，３３を２本のボルト２０，２０で固定しているが、ボルトの本数は２本以上であっても良い。
【００５１】
またステータコア３１，３２，３３を円周方向に分割された複数のピースで構成した場合、各々のピースを２本以上のボルト２０，２０で固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】クローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図
【図２】図１の２−２線拡大断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図２の４−４線断面図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】図２の６−６線断面図
【図７】ステータの一部破断斜視図
【図８】ステータの分解斜視図
【図９】ステータコアの成形工程を示す第１分図
【図１０】ステータコアの成形工程を示す第２分図
【図１１】ステータコアの成形工程を示す第３分図
【図１２】インサート部材の他の実施例を示す図
【図１３】従来のステータコアの第１の固定方法を示す図
【図１４】従来のステータコアの第２の固定方法を示す図
【符号の説明】
【００５３】
２０        ボルト
３１        Ｕ相ステータコア（ステータコア）
３２        Ｖ相ステータコア（ステータコア）
３３        Ｗ相ステータコア（ステータコア）
３９        インサート部材
３９ｂ      大径部（脱落防止部）
３９ｄ      テーパー部（脱落防止部）
３９ｆ      てーパー部（脱落防止部）
【図１】
2006141135.tif 000003
【図２】
2006141135.tif 000004
【図３】
2006141135.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006141135.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006141135.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2006141135.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2006141135.tif 000015
【図１４】
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